JP7187987B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部と、第1回折
素子を含み、正のパワーを有する第2光学部と、正のパワーを有する第3光学部と、第2
回折素子を含み、正のパワーを有する第4光学部と、を備え、前記第1回折素子および前
記第2回折素子は、少なくとも干渉縞が形成される主回折方向および前記主回折方向に直
交する副回折方向に前記画像光を回折させ、前記光路において、前記画像光の前記主回折
方向における回折角度が前記副回折方向における回折角度よりも大きいことを特徴とする
。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度や角度を実際とは異ならせしめている。
画像光生成装置31は、有機エレクトロルミネッセンス表示素子等の表示パネル310を備えている態様を採用することができる。かかる態様によれば、小型で高画質な画像表示が可能な表示装置100を提供することができる。また、画像光生成装置31は、照明光源(図示せず)と、照明光源から出射された照明光を変調する液晶表示素子等の表示パネル310とを備えている態様を採用してもよい。かかる態様によれば、照明光源の選択が可能なため、画像光L0の波長特性の自由度が広がるという利点がある。ここで、画像光生成装置31は、カラー表示可能な1枚の表示パネル310を有する態様を採用することができる。また、画像光生成装置31は、各色に対応する複数の表示パネル310と、複数の表示パネル310から出射された各色の画像光を合成する合成光学系とを有する態様を採用してもよい。さらに、画像光生成装置31は、レーザー光をマイクロミラーデバイスで変調する態様を採用してもよい。
本実施形態において、第1回折素子50および第2回折素子70は基本的な構成が同一である。以下では、第2回折素子70の構成を例に挙げて説明する。
従って、主回折面および副回折面間で生じる回折角度差を考慮しないで各光学部を設計した場合、各光学部において副回折面内におけるパワーは余剰となってしまう。そのため、組立公差が必要以上に厳しくなるという問題が生じる。
また、画像光生成装置31の1つの画素から出射した光線を実線Laで示し、画像光生成装置31の端部から出射される主光線を一点鎖線Lbで示し、第1回折素子50と共役関係となる位置を長い破線Lcで示してある。ここで、「中間像」とは、1画素から出射された光線(実線La)が集まる個所であり、「瞳」とは、各画角の主光線(一点鎖線Lb)が集まる個所である。また、図7Aおよび図7Bは、画像光生成装置31から出射された光の進行を示すものである。なお、図7Aおよび図7Bにおいては、図を簡略化するため、すべての光学部を透過型として図示している。
条件1:画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像される。
条件2:光学系の入射瞳と眼球の瞳が共役である。
条件3:周辺波長を補償するように第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置する。
条件4:第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にある。
ここで、上述したように副回折面内で生じる周辺波長の回折角度差は小さい。そのため、副回折面内において条件3および条件4を満たさないとしても、第1回折素子50により偏向された際に生じる特定波長の回折角度差が小さいので、回折角度差によってずれた光を光学部のレンズで生じる分散によって補正して第2回折素子70の所定の範囲に入射させることができる。このため、干渉縞が異なる場所に入射するという問題が生じたとしても影響を最小限に抑えることができる。
すなわち、本実施形態の光学系10は、第1回折素子50および第2回折素子70において主回折面および副回折面間で生じる回折角度差を考慮して各光学部のパワーを設計している。そのため、副回折面内における各光学部のパワーが必要以上に強くなることを低減することができる。
従って、本実施形態の光学系10によれば、副回折面内において各光学部のパワーが抑えられるので、各光学部を構成するレンズなどの光学部品の組立公差を緩和することができる。
続いて、第二実施形態に係る光学系の構成について説明する。
本実施形態の光学系は、主回折面内において第一実施形態の光学系10と同じパワーを有するが、副回折面内におけるパワーが第一実施形態の光学系10と異なっている。以下の説明では、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。
図10に示すように、本実施形態の光学系10Aは、副回折面内において、第1光学部L10の焦点距離FがLであり、第2光学部L20および第4光学部L40の焦点距離FがいずれもLであり、第3光学部L30の焦点距離FがL/2である。
本実施形態の光学系10Aでは、第一実施形態の光学系10と同様、第1回折素子50および第2回折素子70において主回折面および副回折面間で生じる回折角度差を考慮して各光学部のパワーを設計している。そのため、副回折面内における各光学部のパワーが必要以上に強くなることを低減することができる。従って、本実施形態の光学系10Aにおいても、回折面内において各光学部のパワーが抑えられるので、各光学部を構成するレンズなどの光学部品の組立公差を緩和することができる。
また、副回折面内においては上述の条件3および条件4を満たさなくなるが、副回折面内で生じる周辺波長の回折角度差は小さいことから、本実施形態の光学系10Aにおいても副回折面内にて特定波長の周辺波長の光を特定波長の光の近傍に概ね入射させることで色収差の発生を概ねキャンセル可能となる。
続いて、第三実施形態に係る光学系の構成について説明する。本実施形態の光学系は、画像光生成装置の構成が第一実施形態と異なっている。以下の説明では、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。
続いて、第四実施形態について説明する。本実施形態は表示装置の別の形態に関するものである。なお、以下の説明では、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。
図12に示すように、本実施形態の表示装置101は、画像光を上側Y1から下側Y2に進行させて観察者の眼Eに出射させる。
これにより、画像光の主回折面内における偏向力を副回折面内における偏向力よりも大きくしている。
また、本実施形態の光学系11においても、第一実施形態の構成と同様、主回折面内において、4つの条件を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。なお、副回折面内においては上述の条件3および条件4を満たさなくなるが、上述のように副回折面内において周辺波長の光が特定波長の光の近傍に概ね入射することで色収差の発生を概ねキャンセルできる。
続いて、第四実施形態に係る表示装置の変形例について説明する。
図13は、第四実施形態の変形例に係る表示装置の説明図である。なお、図13は主回折面での構成を示している。図13に示した光学系12は、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)とが別体であったが、本変形例の光学系12は、図14に示すように、第1光学部L10(投射光学系)と第2光学部L20(第1回折素子50)とが一体である。より具体的には、第1光学部L10(投射光学系32)は、複数の反射面851、852を備えたプリズム85によって構成されており、プリズム85の出射面853に第2光学部L20(透過型の第1回折素子50)が構成されている。
続いて、第五実施形態に係る光学系の構成について説明する。以下の説明では、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その説明については省略する。
本実施形態の光学系13では、主回折面内において、第1光学部L10におけるレンズ326,327間に瞳R0が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成される。そして、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。このように本実施形態の光学系13では、第1中間像P1が第1光学部L10(投射光学系32)の中に形成される。
これにより、画像光の主回折面内における偏向力を副回折面内における偏向力よりも大きくしている。
また、本実施形態の光学系13においても、上述の実施形態の構成と同様、主回折面内において、4つの条件を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。なお、副回折面内においては上述の条件3および条件4を満たさなくなるが、上述のように副回折面内において周辺波長の光が特定波長の光の近傍に概ね入射することで色収差の発生を概ねキャンセルできる。
続いて、第五実施形態の第一変形例に係る光学系に関するものである。
図15は、第五実施形態の第一変形例に係る光学系の説明図である。なお、図15は主回折面での光学系の構成を示している。図15に示す光学系14は、図15を参照して説明した第五実施形態と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。
続いて、第五実施形態の第二変形例に係る光学系に関するものである。
図16は、第五実施形態の第二変形例に係る光学系の説明図である。なお、図16は主回折面での光学系の構成を示している。図16に示す光学系15は、第五実施形態と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。
続いて、第五実施形態の第三変形例に係る光学系に関するものである。
図17は、第五実施形態の第三変形例に係る光学系の説明図である。なお、図17は主回折面での光学系の構成を示している。
図17に示す光学系16は、第五実施形態と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。
例えば、上記実施形態において、主回折面内において、第1回折素子50と第2回折素子70とを完全な共役関係とする場合を中心に説明したが、主回折面内において第1回折素子50と第2回折素子70とを略共役関係となるようにパワーを設定してもよい。
上記実施形態では、頭部装着型の表示装置100を例示したが、ヘッドアップディスプレイやハンドヘルドディスプレイやプロジェクター用光学系等に対して本発明を適用してもよい。
Claims (5)
- 画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
正のパワーを有する第1光学部と、
第1回折素子を含み、正のパワーを有する第2光学部と、
正のパワーを有する第3光学部と、
第2回折素子を含み、正のパワーを有する第4光学部と、を備え、
前記光路において、前記第1回折素子および前記第2回折素子は、少なくとも主回折面
および前記主回折面に直交する副回折面に沿って前記画像光を回折させ、
前記主回折面上に形成される前記画像光の中間像および瞳の数が、前記副回折面上に形
成される前記画像光の中間像および瞳の数よりも多い
ことを特徴とする表示装置。 - 画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
正のパワーを有する第1光学部と、
第1回折素子を含み、正のパワーを有する第2光学部と、
正のパワーを有する第3光学部と、
第2回折素子を含み、正のパワーを有する第4光学部と、を備え、
前記光路において、前記第1回折素子および前記第2回折素子は、少なくとも主回折面
および前記主回折面に直交する副回折面に沿って前記画像光を回折させ、
前記第1光学部と前記第3光学部との間に前記画像光の第1中間像が形成され、
前記第3光学部と前記第4光学部との間に前記画像光の第2中間像が形成され、
前記主回折面上に形成される前記第1中間像および前記第2中間像間の第1の距離が、
前記副回折面上に形成される前記第1中間像および前記第2中間像間の第2の距離よりも
長い
ことを特徴とする表示装置。 - 画像光を出射する画像光生成装置と、
前記画像光を回折する第1回折素子と、
前記画像光生成装置からの前記画像光を前記第1回折素子に向けて射出する光学部材と
、
前記画像光を回折する第2回折素子と、
前記第1回折素子からの前記画像光を前記第2回折素子に向けて反射する第1ミラーと
、を備え、
前記第1回折素子において、第1方向から見たときの前記画像光の回折角度は、前記第
1方向とは異なる第2方向から見たときの前記画像光の回折角度よりも大きく、
前記光学部材において、前記画像光に対する前記第1方向への正のパワーは、前記画像
光に対する前記第2方向への正のパワーよりも大きい
ことを特徴とする表示装置。 - 前記第2回折素子において、前記第1方向から見たときの前記画像光の回折角度は、前
記第2方向から見たときの前記画像光の回折角度よりも大きい
ことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 - 前記光学部材からの前記画像光を前記第1回折素子に向けて反射させる第2ミラーを備
え、
前記画像光の光路において、前記第2ミラーは、前記画像光の第1中間像と前記光学部
材との間に設けられ、
前記画像光の光路において、前記第1ミラーは、前記画像光の第2中間像と前記第1回
折素子との間に設けられる、
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の表示装置。
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